城市内河水体的原位化学-生物生态协同修复作用机制及机理

The objectives and methods of this study are proposed based on the past research results of single in-situ chemical or biological remediation technology. Through orthogonal experiments, factors affecting chemical bio-ecological collaborative remediation of contaminated water and sediments will be studied based on pollution characteristics and eco-environmental conditions of water/sediment in urban river. The significant level of each factor will be identified to determine the major influent factors. Using the simulating river system, series of experiments will be carried out to study mechanisms of the major factors (e.g. microbial agent, chemicals, bio-energizer etc.) of chemical bio-ecological collaborative remediation on the micro-ecological environment improvement in polluted urban river water and sediment. The influences of major factors on the transformation and degradation of organic compounds, nitrogen and phosphorous will also be studied. The reaction process mechanism and technology proposal of chemical bio-ecological collaborative remediation of polluted urban river system will be investigated to direct in-situ remediation of similar rivers. Efficient and cost-effective medium, high-density cultivation technology and efficient bio-reactors will be developed to promote the implementation of in-situ remediation for polluted urban rivers.

在已获得的单项原位化学修复、原位生物修复研究成果的基础上，针对城市内河水体（含底泥）的污染性状和生态环境状况，通过正交试验确定受污染水体（含底泥）化学-生物生态协同修复的主要影响因素及各因素的显著性水平。对主要影响因素，通过模拟河道系列试验，分析微生物菌剂、化学药剂（电子受体）、生物促生剂（酶制剂）等在化学-生物生态协同修复中的作用，对内河水及底泥中有机物、N、P的形态转化及降解过程的影响，对水及底泥微生态环境的改善及自净能力的提高；阐释化学-生物生态协同修复过程中污染物的生化反应过程及作用机理，为同类河道的原位修复提供理论基础和依据。研究原位化学-生物生态协同修复所需高效微生物菌剂的廉价培养基及高密度培养方法，开发菌剂规模化培养的高效生物反应器，保障受污染城市河道原位修复的实施。

污染底泥是导致水体水质二次污染的重要因素。本课题选取了长期受面源污染影响的城市内河沉积物进行原位化学-生物生态协同修复作用机制及机理研究。采用正交实验以及小试、模拟河道装置进行了协同修复方案的确定以及协同修复效果的评价，从化学药剂（Ca(NO3)2）、生物促生剂和微生物菌剂（好氧反硝化菌等）的投加量、投加间隔与投加顺序的角度，确定并优化了水体原位化学-生物生态协同修复的方案；从生物酶活性，有机物、氮的形态转化，底泥微生物群落结构的变化等角度，探讨了修复前后水体中污染负荷的削减机制和作用机理，以及修复措施对微生态改善的作用机理；利用活性污泥驯化的方式，探究了功能菌剂的快速、规模化的生产方法。研究结果表明，在优化的修复方案下，底泥有机质和氮的污染负荷有效降低。经过120天的修复，底泥TOC从43.0 g/kg降至25.1 g/kg；底泥总氮由1500 mg/kg降至1000 mg/kg以下。修复过程中伴随着难降解有机物向小分子有机物的转化。可转化态氮的含量下降且趋于稳定（由619 mg/kg至344 mg/kg），污染释放潜能下降，微生物群落向有利于有机物、氮代谢的方向发生了演替。在此综合作用下，底泥污染得到了控制，微生态环境得到改善。研究结果将为受污染城市内河原位修复提供技术支持和理论基础。